Водень замість вуглецю. Як змінить світ новий глобальний фетиш — декарбонізація

2021 р. — стартовий рік третього десятиліття XXI ст. І вже зараз можна стверджувати, що головним всесвітнім трендом цього десятиліття буде перехід на “зелений” водень

Промисловість, житло, транспорт, взагалі все, що до цих пір працювало на вугіллі і вуглеводнях (природному газі, нафті, нафтопродуктах), будуть переходити на “зелений” водень — заради того, щоб знизити викиди вуглекислого газу і зупинити глобальне потепління.

У результаті зміниться увесь світ. Але перш ніж говорити про зміни для споживачів, пояснимо, як буде налагоджено виробництво нового палива.

Як виробляють “зелений” водень

Водень — чудове паливо за своїми енергетичними характеристиками. І абсолютно нешкідливе з точки зору екології. На відміну від вуглеводнів, які при згорянні дають вуглекислий газ і всякі отруйні речовини, водень при згорянні дає тільки водяну пару.

Однак світ, як відомо, недосконалий. Земля створила для нас родовища нафти і природного газу, а водню — ні. Найближче до нас сховище цього газу — атмосфера Юпітера, яка, напевно, ще не скоро піддасться промисловому освоєнню.

Тому доводиться створювати водень штучно. “Зеленим” називається такий водень, який подобається екологам: при його виробництві жодним чином не використовуються вуглеводні. Він виготовляється з води шляхом електролізу, тобто розщеплення її на водень і кисень при проходженні через неї електричного струму. Причому необхідна для цього електроенергія, знову ж таки, повинна вироблятися без спалювання вуглеводнів. На даний момент вже придумані і освоюються технології виробництва водню, що працюють на самих різних поновлюваних джерелах енергії.

На гідроенергії. Найбільший у світі завод з виробництва “зеленого” водню побудує в канадській провінції Квебек німецька компанія Thyssenkrupp. Угода підписана в січні 2021 р Електролізна установка потужністю 88 мегават забезпечить щорічні поставки 11 тис. т “зеленого” водню для транспортного сектора Канади. Запуск підприємства запланований на кінець 2023 р. Забезпечувати завод електроенергією (ну і водою теж) буде державна енергокомпанія Hydro-Québec, що володіє 63-ма гідроелектростанціями.

На енергії вітру. Рекорд канадців протримається недовго. Його зібрався побити консорціум нідерландських компаній Gasunie, Groningen Seaports і Shell Nederland, до якого в грудні 2020 р. приєдналися норвезька Equinor і німецька RWE. Спільними зусиллями вони хочуть створити в Північному морі вітропарк NortH2 для живлення величезної електролізної установки, яка буде побудована в нідерландському порту Емсхавен для виробництва “зеленого” водню. Електростанція запрацює в 2027 р., а потім буде поступово розширюватися. Її початкова потужність складе 1 гігават (тобто 1000 мегават), у 2030-му вона повинна вирости до 4 ГВт, а до 2040-го — до 10 ГВт. У результаті NortH2 вийде на виробництво 1 млн т “зеленого” водню в рік. Існуюча інфраструктура газопроводу Gasunie дозволить здійснювати великомасштабне транспортування і зберігання виробленого водню, який буде в першу чергу живити промислові кластери в Нідерландах і Німеччині, а залишки підуть на потреби транспорту та житлових будинків.

Власні гігантські плани має німецький концерн Siemens. У січні 2021 р. стало відомо, що його дочірні компанії Siemens Energy і Siemens Gamesa мають намір вкласти 120 млн євро в інтеграцію технологій вітряної турбіни і електролізера, щоб отримати турбіну, яка буде прямо на місці виробляти водень. «Ми повинні повністю переобладнати турбіну, яка була спроєктована для виробництва електроенергії», — заявив генеральний директор Siemens Gamesa Андреас Науен.

Північне море, що розташоване набагато вище північного узбережжя Нідерландів є відмінним місцем для вітряних турбін і навіть вважається одним з кращих місць для їх використання в світі/north2.eu

На сонячній енергії. Іспанські компанії Enagas і Naturgy у грудні 2020 р. об’єдналися, щоб побудувати завод з виробництва “зеленого” водню потужністю близько 9 тис. т у рік. Електролізер потужністю 60 МВт буде живитися від сонячної фотоелектричної станції потужністю 400 МВт. Завод буде розміщений у містечку Ла Робла в провінції Леон, поблизу від теплової електростанції, яку Naturgy закрила влітку 2019 р. Вироблений “зелений” водень буде поставлятися споживачам по існуючій газовій мережі і в майбутньому може експортуватися в Північно-Західну Європу.

Ще більш потужний проєкт анонсувала Португалія у своїй Національній водневій стратегії, що оприлюднена в серпні 2020 р. До 2030 р. біля порту Синиш повинна запрацювати промислова установка з виробництва “зеленого” водню із загальною потужністю електролізерів не менше 1 ГВт, що працює на енергії Сонця і вітру. У документі прогнозується, що інвестиції в цей проєкт можуть перевищити 1,5 млрд євро.

І на атомній енергії теж. Комісія з ядерного регулювання США у вересні 2020 р. остаточно схвалила сертифікацію ядерного міні-реактора компанії NuScale Power. Це відкриває їй дорогу на ринок з невеликими компактними реакторами потужністю 50 МВт. А вже в грудні NuScale Power повідомила про технологію, яка дозволяє за допомогою одного такого реактора отримувати 18 тис. т “зеленого” водню в рік. Реактори NuScale безпечніше звичайних АЕС, тому їх можна будувати ближче до споживача. При цьому конструкцію можна масштабувати, об’єднуючи 4, 6 або 12 реакторів в один масив.

Enlarge/NuScale’s reactor-in-a-can

Хто перейде на “зелений” водень

У нинішньому десятилітті міцно увійде в ужиток слово “декарбонізація”. Звучить як хімічний термін, але насправді це поняття економічне і навіть політичне. Всі сфери споживання позбавляються від карбону, тобто вуглецю. А найкращим замінником найчастіше виявляється “зелений” водень.

Водневі меткомбінати. Зазвичай для отримання стали потрібні доменна або електродугова піч, де спікається залізна руда, вапняк і кокс (кам’яне вугілля, прожарене при високих температурах для усунення домішок). Однак можна замінити кокс на водень, а також використовувати водень для живлення дугових печей. Тоді виробництво сталі стане повністю вільним від емісії вуглекислого газу.

У лютому 2021 р. шведський консорціум H2 Green Steel оголосив про плани відкрити такий завод на півночі країни в 2024 р. У виробництві буде використовуватися “зелений” водень. Бюджет проєкту — $3 млрд. До 2030 р. консорціум розраховує випускати 5 млн т високоякісної сталі щорічно. Це буде перше велике сталеплавильне підприємство, що не використовує викопне паливо. Продукція заводу — гарячекатана, холоднокатана і оцинкована сталь — піде на випуск автомобілів, труб великого діаметра і великої побутової техніки.

Водневі будинки. Компанія SGN, що відповідає за газову мережу в Шотландії і на півдні Англії, за фінансової підтримки британського регулятора Ofgem і уряду Шотландії здійснює проєкт H100 Fife. Вже у 2022 р. близько 300 будинків в окрузі Файф на східному узбережжі Шотландії підключаться до мережі, яка буде забезпечувати їх “зеленим” воднем для опалення приміщень і приготування їжі. Водень буде вироблятися електролізною установкою, що працює від розташованої поблизу морської турбіни.

У листопаді 2020 р. британський прем’єр Борис Джонсон оприлюднив план «зеленої промислової революції», який включає в себе мету до кінця цього десятиліття «побудувати перше місто, повністю опалювальне воднем». Уже в квітні 2021-го в Лоу-Торнлі на північному сході Англії з’являться два двоквартирних будинки, в яких кухонні плити, духовки і бойлери працюють виключно на водневому паливі. Жити там ніхто не буде — будинки будуть відкриті для відвідування всіма, хто бажає подивитися, як працюють нагрівальні прилади на водні. Влада сподівається, що ці будівлі дадуть публіці «можливість заглянути в потенційний будинок майбутнього».

Водневі поїзди. Австрійські залізниці (ÖBB) у грудні 2020 р. завершили 10-тижневе тестування поїздів на водневих паливних елементах, розроблених французькою компанією Alstom. Профільне міністерство залишилося задоволене випробуваннями і видало дозвіл на масову експлуатацію поїздів Coradia iLint. Поступово водневі поїзди повністю замінять дизельні склади на всіх маршрутах Австрії.

Alstom і ÖBB щодня проводили випробування з реальними пасажирами на чотирьох складних маршрутах. Потяги Coradia iLint складалися з двох вагонів, що розвивали швидкість до 140 км/год, і рухалися по рейках практично безшумно.

Німеччина тестує водневі поїзди Alstom з 2018 р. і вже схвалила їх експлуатацію. Уряд ФРН оформив велике замовлення — 41 водневий поїзд буде доставлений на територію Німеччини до 2022 р. Італійський залізничний оператор Ferrovie dello Stato планує декарбонізувати залізничні шляхи до кінця десятиліття за рахунок компанії Snam. А Великобританія зараз використовує поїзди HydroFLEX, виготовлені компанією Porterbrook, на обмежених маршрутах. Якщо випробування пройдуть успішно, HydroFLEX почнуть замінювати звичайні поїзди в 2023 р.

Водневий поїзд Alstom/alstom.com

Водневі автомобілі. Піонером у розвитку водневого автотранспорту стала японська корпорація Toyota. У листопаді 2020 р. вона оголосила про виведення на ринок вже другого покоління автомобілів Mirai на водневих паливних елементах. У найближчі кілька років Toyota планує випустити 100 тис. таких машин.

Американська компанія Hyzon Motors у лютому 2021 р. оголосила про будівництво двох великих підприємств з виробництва водневих паливних елементів для вантажівок на території США. Очікується, що виробництво почнеться в четвертому кварталі 2021 р. Це дозволить випускати по 12 тис. водневих вантажівок на рік.

Німецький концерн Siemens у лютому 2021 р. уклав меморандум про взаєморозуміння з британським стартапом Riversimple. Концерн профінансує будівництво на території Великобританії двох нових заводів, кожен з яких буде щорічно виробляти по 5 тис. автомобілів на водневих паливних елементах. Комерційне виробництво повинно бути запущено в 2023-2024 рр.

Водневі судна. Норвезька TECO Maritime Group у лютому 2021 р. оголосила про будівництво першої гігафабрики для забезпечення судноплавної промисловості стабільними поставками “зеленого” водневого палива. Підприємство буде отримувати енергію від сонячних панелей і вітрогенераторів і стане центром норвезької водневої промисловості. Воно обіцяє задовольнити більшу частину європейського попиту судноплавства на водень — виробнича потужність заводу складе 1,2 ГВт у рік. Введення його в експлуатацію намічене на 2022 р.

Водневі літаки. Європейський авіабудівний концерн Airbus у вересні 2020 р. оголосив про проєкт ZEROe. Як можна зрозуміти вже з назви, мова йде про розробку пасажирських літаків, які будуть мати нульовий рівень шкідливих викидів. До 2035 р. планується створити сімейство пасажирських літаків з двигунами, що працюють на водні. У грудні минулого року інженери Airbus показали результат своїх експериментів — зйомну капсулу, в якій містяться руховий агрегат, бак з водневим паливом та інше обладнання. За задумом, шість таких капсул будуть розміщені на крилах літака, завдяки чому звільниться багато місця в салоні для розміщення пасажирів і багажу.

Водневі аеропорти. Французькі авіакомпанії Airbus і Air France-KLM, аеропорти ADP Groupe і агентство Choose Paris Region у лютому 2021 р. створили альянс з метою розробки інфраструктури для водневих літаків. Нова стратегія охоплює всі аеропорти Парижа і передбачає інтеграцію водню в усі види діяльності ADP Groupe.

Літаки Airbus проекту ZEROe/zip.news

За даними всесвітньої ініціативи Hydrogen Council, на початок 2021 р. більш як 30 країн опублікували стратегії розвитку водневої енергетики і виділили кошти на декарбонізацію економіки через водневі технології. Анонсовані 228 великих проєктів по виробництву і застосуванню “зеленого” водню в сферах великомасштабної промисловості, транспорту та інфраструктури на загальну суму понад $300 млрд. Абсолютним лідером у розвитку водневих технологій стала Європа — вона фінансує майже 60% проєктів.

Найдешевшим способом транспортування водню на короткі і середні відстані стане перероблений трубопровід — у тому випадку, якщо в регіоні є стабільний попит на водень. В умовах коливань попиту дешевше використовувати вантажівки. Для перевезень на великі відстані зручніше звертатися до морського транспорту.

За прогнозом Hydrogen Council, до 2030 р. у світі буде 4,5 млн водневих автомобілів, для яких будуть працювати 10,5 тис. водневих заправних станцій. А взагалі до кінця десятиліття в світі буде вироблятися 6,7 млн тонн водню в рік. Всього лише рік тому в аналогічному звіті називався втричі більше скромний обсяг — 2,3 млн тонн на рік. Триразове зростання прогнозу відображає той грандіозний ажіотаж, який виник навколо “зеленого” водню в минулому році. І ми, схоже, тільки на самому початку цієї хвилі.